課程設(shè)計(jì)--浮閥塔精餾分離乙醇－水溶液

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、緒論[2][6][14]2</p><p>　　2.設(shè)計(jì)方案的確定[2][6][14]4</p><p>　　2.1 塔型的選擇4</p><p>　　2.2 工藝流程的確定4</p><p>　　2.3 操作壓強(qiáng)的選擇

2、4</p><p>　　2.4 進(jìn)料熱狀態(tài)的選擇4</p><p>　　2.5 加熱方式的選擇4</p><p>　　2.6 回流比的選擇5</p><p>　　3．板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1物性參數(shù)的計(jì)算[9]5</p><p>　　3.2 最小回流比與塔板數(shù)

3、的確定6</p><p>　　3.2.1 最小回流比[14]6</p><p>　　3.2.2 最優(yōu)回流比7</p><p>　　3.3 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算[9]9</p><p>　　3.3.1 溫度[1]9</p><p>　　3.3.2平均摩爾質(zhì)量10</p><p>

4、　　3.3.2.1精餾段10</p><p>　　3.3.2.2提留段10</p><p>　　3.3.3密度10</p><p>　　3.3.3.1精餾段11</p><p>　　3.3.3.2提留段11</p><p>　　3.3.3.3精餾段11</p><p>　　3.3.3

5、.4提留段11</p><p>　　3.3.4液體表面張力12</p><p>　　3.3.5粘度12</p><p>　　3.3.6氣液負(fù)荷計(jì)算13</p><p>　　3.3.6.1精餾段13</p><p>　　3.3.6.2提留段13</p><p>　　3.3.7塔和塔板主

6、要工藝尺寸計(jì)算14</p><p>　　3.3.8溢流裝置的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.4塔板布置15</p><p>　　3.4.1精餾段15</p><p>　　3.4.2提留段15</p><p>　　3.5塔板流動(dòng)性能的校核16</p><p>　　3.5.1精餾段1

7、6</p><p>　　3.5.2提留段17</p><p>　　3.6塔板負(fù)荷性能圖.17</p><p>　　3.6.1精餾段17</p><p>　　3.6.2 提留段19</p><p>　　4.塔的結(jié)構(gòu)與輔助設(shè)備20</p><p>　　4.1塔高的計(jì)算20</p&g

8、t;<p>　　4.2接管尺寸及計(jì)算20</p><p>　　4.2.1 進(jìn)料管20</p><p>　　4.2.2回流管21</p><p>　　4.2.3塔頂蒸汽管21</p><p>　　4.2.4塔釜出料管21</p><p>　　4.2.5加熱蒸汽管21</p><

9、;p>　　4.2.6離心泵的選擇21</p><p>　　4.2.7冷凝器的選擇21</p><p>　　4.2.8再沸器的選擇21</p><p>　　5.精餾塔主體設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)21</p><p>　　5.1厚度計(jì)算22</p><p>　　5.1.1筒體厚度22</p><p

10、>　　5.1.2封頭厚度22</p><p>　　5.2質(zhì)量載荷22</p><p>　　5.3風(fēng)載荷及彎矩23</p><p>　　5.3.1風(fēng)載荷23</p><p>　　5.3.2風(fēng)彎矩24</p><p>　　5.4地震載荷的計(jì)算24</p><p>　　5.4.1塔的

11、自震周期24</p><p>　　5.4.2地震載荷計(jì)算24</p><p>　　5.5.塔體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核25</p><p>　　5.5.1塔底危險(xiǎn)截面(2-2)的軸向應(yīng)力計(jì)算25</p><p>　　5.5.2塔底（2-2）截面上的抗拉強(qiáng)度校核25</p><p>　　5.6裙座強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算2

12、5</p><p>　　5.6.1底部（0-0）截面強(qiáng)度校核25</p><p>　　5.6.2.1-1截面強(qiáng)度校核26</p><p>　　5.6.3.2-2截面強(qiáng)度的校核26</p><p>　　5.6.4裙座焊縫強(qiáng)度27</p><p>　　5.7塔體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校驗(yàn)27</p><

13、p>　　5.7.1 壓力引起環(huán)向應(yīng)力27</p><p>　　5.7.2 壓力引起軸向應(yīng)力27</p><p>　　5.7.3 重力引起的軸向應(yīng)力27</p><p>　　5.7.4彎矩引起的軸向應(yīng)力27</p><p>　　5.7.5 最大組合軸向拉應(yīng)力校核27</p><p>　　5.7.6最大組合

14、軸向壓應(yīng)力校核27</p><p>　　5.8裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核28</p><p>　　5.8.1重力引起的軸向應(yīng)力28</p><p>　　5.8.2彎矩引起的軸向應(yīng)力28</p><p>　　5.8.3最大組合軸向壓應(yīng)力校核28</p><p>　　5.9裙座基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)29</p>&

15、lt;p>　　5.9.1基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)外徑29</p><p>　　5.9.2混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度校核29</p><p>　　5.9.3基礎(chǔ)環(huán)厚度設(shè)計(jì)29</p><p>　　5.10地角螺栓的計(jì)算29</p><p>　　5.10.1 地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力29</p><p>　　5.10.2 地腳螺栓直徑

16、30</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)31</b></p><p>　　附錄1 相關(guān)物性數(shù)據(jù)33</p><p>　　附錄2相關(guān)計(jì)算結(jié)果匯總35</p><p>　　附錄3 求取操作最優(yōu)回流比R 及理論塔板數(shù)程序

17、39</p><p>　　附錄4 主要符號(hào)說明49</p><p>　　附錄5工藝流程圖50</p><p>　　摘要：本設(shè)計(jì)采用浮閥塔精餾分離乙醇－水溶液，首先利用給定的工藝條件計(jì)算出 料液流量等相關(guān)物性參數(shù)，然后假設(shè)初始回流比，確定操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)函 數(shù)與回流比關(guān)系，利用Ｃ語言編程求得最優(yōu)回流比R=2.5;，并計(jì)算出理論塔板數(shù)為48（不包括塔釜),接著對(duì)塔

18、進(jìn)行相關(guān)工藝尺寸的計(jì)算，算出優(yōu)化后的各種工藝參數(shù)，得塔徑D=0.822m塔的有效高度為49.05m,第三步進(jìn)行塔體輔助設(shè)備設(shè)計(jì)和主體設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度校核，包括各種接口，塔體風(fēng)載荷以及地震載荷。經(jīng)校驗(yàn)得塔壁厚為20mm,滿足設(shè)計(jì)要求.各種條件確定之后就可以進(jìn)行總裝圖的繪制。最后整理錄入</p><p>　　Abstract: This design USES the float valves distillat

19、ion separate ethanol, first using aqueous solution - a process condition calculate material liquid flow related physical parameters, then the initial reflux ratio hypothesis, operating expenses and equipment fee function

20、 and reflux ratio relations, the C programming language use and get the optimal reflux ratio R = 2.87021, and calculates the theoretical plates for 51 (not including tower kettle), then the tower technology dimension cal

21、culatio</p><p>　　design and intensity, including various interfaces, tower wind load and seismic load. The calibration must tower wall thickness, and meet the design requirements for 20mm. Various conditions

22、 can be determined after the assembly drawing. Finally. </p><p>　　1、緒論[2][6][14] </p><p>　　精餾是通過汽、液兩相的直接接觸，利用組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相傳遞，難揮發(fā)組分由氣相向液相傳遞，，來達(dá)到分離液體混合物的一種常用操作。精餾過程按操作壓強(qiáng)可分為常壓精餾、加壓精餾和減壓精餾。一

23、般說來，當(dāng)總壓強(qiáng)增大時(shí)，平衡時(shí)氣相濃度與液相濃度接近，對(duì)分離不利，但對(duì)在常壓下為氣態(tài)的混合物，可采用加壓精餾；沸點(diǎn)高又是熱敏性的混合液，可采用減壓精餾。精餾是分離過程中的重要單元操作之一，精餾過程所用的設(shè)備及其相互聯(lián)系，總稱為精餾裝置，所用設(shè)備主要包括精餾塔及再沸器和冷凝器,其核心是精餾塔。常用的精餾塔又有板式塔和填料塔兩大類，通稱塔設(shè)備。 </p><p><b>　　精餾塔</b><

24、;/p><p>　　精餾塔是一圓形筒體，塔內(nèi)裝有多層塔板或填料，塔中部適宜位置設(shè)有進(jìn)料板。兩相在塔板上相互接觸時(shí)，液相被加熱，液相中易揮發(fā)組分向氣相中轉(zhuǎn)移；氣 相被部分冷凝，氣相中難揮發(fā)組分向液相中轉(zhuǎn)移，從而使混合物中的組分得到高程 度的分離。簡(jiǎn)單精餾中，只有一股進(jìn)料，進(jìn)料位置將塔分為精餾段和提餾段，而在塔頂和塔底分別引出一股產(chǎn)品。精餾塔內(nèi)，氣、液兩相的溫度和壓力自上而下逐漸增加，塔頂最低，塔底最高。 </p&

25、gt;<p>　　分離乙醇—水溶液用的是板式塔精餾塔，板式塔大致可分兩類，一類是有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板、導(dǎo)向篩板、新型垂直板、舌形、S形、多降液管塔板等；另一類是無降液管塔板，如穿流式篩板（柵板）、穿流式波紋板等。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的浮閥、篩板和泡罩塔板等。 </p><p><b>　　泡罩塔 </b></p><p>　　泡罩塔是應(yīng)

26、用最早的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一，其主要構(gòu)件是泡罩、升氣管及降液管。泡罩的種類很多，國內(nèi)應(yīng)用較多的是圓形泡罩。 </p><p>　　泡罩塔的主要優(yōu)點(diǎn)是操作彈性較大，液氣比范圍大，適用于多種介質(zhì)，操作穩(wěn)定可靠；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，氣體流經(jīng)曲折，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率較低?，F(xiàn)雖已為其他新型塔板取代，但鑒于其某些優(yōu)點(diǎn)，仍有沿用。 </p><p><b>　?。ǘ┖Y板塔 </

27、b></p><p>　　篩板是在塔板上有均布的篩孔，操作時(shí)，液體橫向流過塔板，靠溢流堰，使板上能維持一定厚度的液層，上升氣流通過篩孔分散成細(xì)小的流股，在板上液層中鼓泡而出，氣液間密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)。在正常操作氣速下，通過篩孔上升的氣流，應(yīng)能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄漏。 </p><p>　　篩板塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，造價(jià)低，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。

28、其缺點(diǎn)是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘性大的、易結(jié)焦的和帶固體粒子的物料。但設(shè)計(jì)良好的篩板塔仍具有足夠的操作彈性，對(duì)易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國對(duì)篩板的應(yīng)用日益增多。 </p><p><b>　?。ㄈ└￠y塔 </b></p><p>　　浮閥塔廣泛應(yīng)用于精餾、吸收和解吸等過程。操作時(shí)，從閥孔上升的氣流，經(jīng)過閥片與塔板間的間隙與板上橫

29、流的液體接觸。浮閥開度隨氣體負(fù)荷而變。在低氣量時(shí)，開度較小，氣體仍能以足夠的氣速縫隙，避免過多的漏液；在高氣量時(shí)，閥片自動(dòng)浮起，開度增大，使氣速不至過大。 </p><p>　　浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)是在塔板的開孔上裝有可浮動(dòng)的浮閥，氣流從浮閥周邊以穩(wěn)定的速度水平地進(jìn)入塔板上液層進(jìn)行兩相接觸。浮閥可根據(jù)氣流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。盤式浮閥塔的主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力大，操作彈性較大，分離效率較高，浮閥塔的結(jié)構(gòu)比泡罩塔簡(jiǎn)單。

30、 </p><p>　　再沸器 作用：用以將塔底液體部分汽化后送回精餾塔，使塔內(nèi)氣液兩相接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行。本設(shè)計(jì)采用立式熱虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管殼式換熱器。液體在 自下而上通過換熱器管程時(shí)部分汽化，由在殼程內(nèi)的載熱體供熱。立式熱虹吸特點(diǎn)：</p><p>　　▲循環(huán)推動(dòng)力：釜液和換熱器傳熱管氣液混合物的密度差。</p><p>　　▲結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、

31、傳熱系數(shù)高。</p><p>　　▲殼程不能機(jī)械清洗，不適宜高粘度、或臟的傳熱介質(zhì)。</p><p>　　▲塔釜提供氣液分離空間和緩沖區(qū)。 </p><p>　　冷凝器 用以將塔頂蒸氣冷凝成液體，部分冷凝液作塔頂產(chǎn)品，其余作回流液返回塔頂，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以繼續(xù)，本設(shè)計(jì)中采用全凝器。 </p><p>　　2.設(shè)計(jì)方案的確定[2]

32、[6][14] </p><p>　　2.1 塔型的選擇 </p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，若按年工作300天，每天24小時(shí)計(jì)算產(chǎn)品流量為28000Kg/h, </p><p>　　由于產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減少造價(jià)，降低生產(chǎn)過程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，本設(shè)計(jì)中采用浮閥塔。 </p><p>　　2.2 工藝流程的確定

33、 </p><p>　　精餾裝置包括精餾塔，原料預(yù)熱器，再沸器，冷凝器，釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器 等,為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中用泵直接送入塔原料，乙醇、水混合原料液 經(jīng)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后，送入精餾塔。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝后經(jīng)分配器 一部分回流，一部分經(jīng)過冷卻器后送入產(chǎn)品儲(chǔ)槽，塔釜采用間接蒸汽再沸器供熱,塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后為冷卻水循環(huán)利用。 </p><p>　　2.3 操作壓強(qiáng)的選擇

34、 </p><p>　　乙醇－水兩相體系在常壓下易于實(shí)現(xiàn)分離要求，為降低塔的操作費(fèi)用，操作壓力選用常壓，即P=101.3KPa。 </p><p>　　2.4 進(jìn)料熱狀態(tài)的選擇 </p><p>　　不同的進(jìn)料熱狀態(tài)對(duì)精餾塔操作及分離效果有所影響，進(jìn)料狀態(tài)的不同直接影響 塔內(nèi)蒸汽速度，在精餾操作中選擇合適的進(jìn)料狀態(tài)很關(guān)鍵。進(jìn)料熱狀態(tài)以進(jìn)料熱 狀態(tài)參數(shù)q表示，q=使每

35、摩爾進(jìn)料變成飽和蒸汽所需熱量/每摩爾進(jìn)料的汽化潛 熱，為使塔的操作穩(wěn)定，免受季節(jié)氣溫影響，精餾段和提餾段均采用相同的塔徑以便于制造,所以本設(shè)計(jì)中采用了預(yù)熱器進(jìn)行泡點(diǎn)進(jìn)料，即q=1. </p><p>　　2.5 加熱方式的選擇 </p><p>　　塔底再沸器的加熱方式有間接加熱和直接加熱兩種，我們采用的是間接加熱，其相對(duì)于直接加熱有以下優(yōu)點(diǎn)： </p><p>　

36、　（1）在XF,q,XD,R 相同的情況下，若保持XW 亦相同，直接加熱蒸汽的提餾段斜率比間接加熱的大，所需理論板數(shù)較少，但輕組分回收率降低，若保持輕組分回收率相等，則直接加熱蒸汽的提餾段斜率要與間接加熱的一致，但須延伸至X 軸， 且釜液組成比間接加熱時(shí)低，所需理論板數(shù)有所增加，理論板數(shù)的增加導(dǎo)致塔高增加，制造費(fèi)用增加。 </p><p>　?。?）在XF,F,XD,XW 相同時(shí)，采用直接蒸汽加熱所得塔頂產(chǎn)品流率

37、和輕組分回收率較間接加熱的低。 </p><p>　　所以綜合上述優(yōu)點(diǎn)我們采用間接水蒸汽加熱。 </p><p>　　2.6 回流比的選擇 </p><p>　　回流比的選擇主要從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，力求操作費(fèi)與設(shè)備費(fèi)最低，一般R=(1.0- 1.2)Rmin,設(shè)計(jì)中初選為1.1 倍，進(jìn)行編程循環(huán)求得最優(yōu)回流比。</p><p><b>

38、　　。 </b></p><p>　　3．板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì) </p><p>　　3.1物性參數(shù)的計(jì)算[9] </p><p>　　設(shè)計(jì)中，料液含乙醇31%（質(zhì)量濃度），餾出液含乙醇94wt%，殘液含乙醇 </p><p>　　0.04wt%。料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含乙醇摩爾分?jǐn)?shù) </p><p><

39、;b>　　平均摩爾質(zhì)量 </b></p><p>　　令易揮發(fā)組分乙醇為A，難揮發(fā)組分水為B </p><p><b>　　總物料衡算： </b></p><p>　　易揮發(fā)組分物料衡算： </p><p><b>　　易揮發(fā)</b></p><p><

40、;b>　　難揮發(fā)</b></p><p>　　3.2 最小回流比與塔板數(shù)的確定</p><p>　　3.2.1 最小回流比[14] 根據(jù)乙醇、水的氣液平衡數(shù)據(jù)用Auto CAD 作y－x 圖。先做出X=XD,X=XW,X=XF 三條垂線，X=XD 與對(duì)角線交點(diǎn)D 為2.33</p><p>　　3.2.2 最優(yōu)回流比</p><

41、p>　　以精餾塔系統(tǒng)（包括塔體、塔頂冷凝器和塔底再沸器）的年費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù),表示為:</p><p>　　J=J1+J2+J3</p><p>　　式中： J-----------精餾塔系統(tǒng)的總費(fèi)用,元/年;</p><p>　　J1----------精餾塔塔體的折舊費(fèi)及維修費(fèi)用, 元/年;</p><p>　　J2--------

42、--冷凝器的折舊及維修費(fèi)用, 元/年;</p><p>　　J3----------再沸器的折舊及維修費(fèi)用, 元/年。</p><p><b>　　J1的數(shù)學(xué)模型</b></p><p>　　F1=塔體費(fèi)用+塔板費(fèi)用</p><p>　　即: F1=(Fc+0.06)(Ct+Ch)</p>

43、;<p><b>　　塔板費(fèi)用Ct的計(jì)算</b></p><p>　　若塔的材料為碳鋼，在塔徑0.6-4.8m范圍內(nèi)</p><p>　　Ct=2.78.38×Fl×Ft×Fn×exp(0.570 ) ×N/E</p><p>　　式中 ：Fl -----------美元對(duì)人民幣

44、的匯率，此處查的為6.83人民幣/美元；</p><p>　　Ft ----------塔板類型因子，其中浮閥塔Ft =1，篩板塔Ft=0.85，泡罩塔Ft=1.59；</p><p>　　Fn ----------板數(shù)因子，當(dāng)實(shí)際塔板數(shù) Ns>20時(shí)，F(xiàn)n=1，Ns<20</p><p><b>　　時(shí)，F(xiàn)n=</b></p

45、><p>　　----------塔徑，m；</p><p>　　N ----------理論塔板數(shù)；</p><p>　　E ----------塔的總板效率。</p><p>　　通過計(jì)算知：當(dāng)=1.0m時(shí)</p><p>　　Ct=7015.169N</p><p>　　塔體費(fèi)用Ch的計(jì)算：&

46、lt;/p><p><b>　　+ ]</b></p><p>　　式中： </p><p>　　式中： Ws-----------塔體的質(zhì)量，Kg；</p><p>　　H----------塔筒體長(zhǎng)度加兩端封頭直邊部分長(zhǎng)度，m；</p><p>

47、;　　----------塔板間距，m；</p><p>　　----------塔頂空間高度，m一般取1.0-1.5m；</p><p>　　-----------塔底空間高度，m，可按塔釜料液儲(chǔ)量和塔徑計(jì)算，</p><p>　　對(duì)于塔底產(chǎn)量大的塔，有時(shí)僅取3-5min的儲(chǔ)量； </p><p>　　b----------塔壁

48、厚；</p><p>　　ρ----------塔壁材料密度， ； </p><p>　　通過計(jì)算知：當(dāng)取=1.3m, =3.0m時(shí)</p><p>　　H=0.35 ×+1.3+3.0=0.8089N+4.3</p><p>　　Ws=243.2611（0.8089N+4.9671）</p>

49、<p>　　整理可得J1的表達(dá)式</p><p><b>　　J2數(shù)學(xué)模型</b></p><p>　　塔頂冷凝器的年費(fèi)J2由冷卻水的年費(fèi)與設(shè)備的年折舊費(fèi)組成，公式如下：</p><p>　　式中： -----------冷卻水價(jià)格，元/ Kg；</p><p>　　-------------操作時(shí)間，h/a

50、;</p><p>　　、-------冷卻水的進(jìn)出口溫度，℃；</p><p>　　、-------冷凝器的壓力和材質(zhì)校正系數(shù)；</p><p>　　-----------冷凝器的總傳熱系數(shù)，kW/ (˙℃)；</p><p>　　、--------冷凝器的回歸系數(shù)；</p><p>　　-----------塔頂蒸

51、汽的露點(diǎn)溫度，℃；</p><p>　　------------設(shè)備折舊率，；</p><p>　　由于后一項(xiàng)相對(duì)較小，對(duì)整體影響不大，故可省略計(jì)算，只計(jì)算前一項(xiàng)。可以看出：</p><p><b>　　已知℃，℃，</b></p><p><b>　　通過計(jì)算可知：</b></p>

52、<p>　　145859.37×(R+1) </p><p><b>　　J3的數(shù)學(xué)模型</b></p><p>　　采用間接蒸汽加熱，則塔底再沸器的年費(fèi)用由加熱蒸汽的年費(fèi)用和設(shè)備的年折舊費(fèi)用組成，公式如下：</p><p>　　式中： Cz0-----------飽和水蒸氣的價(jià)格系數(shù)，元/千克；</p>

53、<p>　　Cz1----------飽和水蒸氣的價(jià)格系數(shù),元/千克/ ℃； </p><p>　　Ta-----------加熱飽和水蒸氣溫度，℃；</p><p>　　------------操作時(shí)間，h/a;</p><p>　　、-------再沸器的壓力和材質(zhì)校正系數(shù)；</p><p>　　、--------再沸器的

54、回歸系數(shù)；</p><p>　　-----------塔釜物料的汽化潛熱，kJ/kmol；</p><p>　　----------再沸器的總傳熱系數(shù)，kW/ (˙℃)；</p><p>　　-------- -塔底釜液的泡點(diǎn)溫度，℃；</p><p>　　-------- -飽和蒸汽的溫度，133.3℃ </p&g

55、t;<p>　　由于后一項(xiàng)相對(duì)較小，對(duì)整體影響不大，故可省略計(jì)算，只計(jì)算前一項(xiàng)?？梢钥闯觯?lt;/p><p><b>　　通過計(jì)算可知：</b></p><p>　　1335580.9（R+1）</p><p>　　綜上：因?yàn)樗鍞?shù)也只與R有關(guān)，所以總費(fèi)用僅與R有關(guān) ，</p><p>　　即

56、 J=J(R) </p><p>　　假設(shè)R=aRmin,，a取1.05到1.30，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)在此范圍內(nèi)塔徑變化不大，為方便編程假設(shè)=9.0m,程序如附錄一，由程序得出R=2.53，再將R=2.53代入相關(guān)公式得=0.8774m，和假設(shè)值差別不大，故可認(rèn)為假設(shè)可取。</p><p>　　圓整到1.0 m，同時(shí)改變程序中的，得到不同下R及相關(guān)數(shù)據(jù)如下：</p>&l

57、t;p>　　3.3 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算[9]</p><p>　　3.3.1 溫度[1] </p><p>　　利用相關(guān)數(shù)據(jù)有拉格朗日插值得</p><p>　　精餾段平均溫度 </p><p>　　提留段平均溫度 </p><p>　　3.3.2平均摩爾質(zhì)量</p><p&g

58、t;　　3.3.2.1精餾段 </p><p>　　液相組成 </p><p>　　氣相組成 </p><p>　　3.3.2.2提留段 </p><p>　　液相組成 </p><p>　　氣相組成 </p><p&

59、gt;<b>　　3.3.3密度</b></p><p>　　利用相關(guān)數(shù)據(jù)由拉格朗日插值得</p><p>　　3.3.3.1精餾段 </p><p>　　3.3.3.2提留段 </p><p>　　3.3.3.3精餾段 液相密度 </p><p><b>　　\&l

60、t;/b></p><p><b>　　氣相密度 </b></p><p>　　3.3.3.4提留段 液相密度 </p><p><b>　　氣相密度 </b></p><p>　　3.3.4液體表面張力</p><p>　　利用相關(guān)數(shù)據(jù)由拉格朗日插

61、值</p><p><b>　　塔頂 </b></p><p><b>　　進(jìn)料口 </b></p><p><b>　　塔底 </b></p><p><b>　　3.3.5粘度</b></p><p>　　同上利用

62、相關(guān)數(shù)據(jù)由拉格朗日插值得</p><p>　　塔頂：t1=78.25 ℃ = μ=0.487×10-3 Pa..s </p><p>　　進(jìn)料口：to=84.57℃ = μ=0.437×10-3 Pa.s</p><p>　　塔底：t2=99.62℃

63、= μ=0.329×10-3 Pa..s</p><p>　　全塔平均溫度t=87.48℃</p><p>　　μA=0.410mPa.s×μB=0.324mPa.s</p><p>　　μm=∑xi×μi=0.351mPa.s</p><p>　　全塔效率E=0.17-0.61㏒μm=0.448</p

64、><p>　　3.3.6氣液負(fù)荷計(jì)算</p><p>　　3.3.6.1精餾段</p><p><b>　　塔內(nèi)上升蒸汽流量</b></p><p>　　V=(R+1)×D=(2.533+1)×30.4563=107.602KmoL／h</p><p>　　Vs===0.8703m

65、／s</p><p>　　冷凝后下降液體的流量</p><p>　　L=RD=2.533×30.4563=77.146KmoL／h</p><p>　　Ls1===7.11×10-4m3／s</p><p>　　Ln=Ls×3600=2.56m3／s</p><p>　　3.3.6.2提留

66、段</p><p>　　V′=V=107.602KmoL／h</p><p>　　Vs′===0.895m3／s</p><p>　　L′=L+F=77.146+175.2818=252.428KmoL／h</p><p>　　Ls′==1.46×10-3m3／s</p><p>　　Ln′=5.25m3／h

67、</p><p>　　3.3.7塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算</p><p><b>　　塔高塔徑的確定</b></p><p>　　由程序的理論板數(shù)N=48(不含塔釜)</p><p>　　N1=44 N2=4</p><p><b>　　則實(shí)際板數(shù)為</b></

68、p><p>　　N1′===100 N2′===9</p><p>　　精餾塔德有效高度Z=N′HT=109×0.45=49.05m</p><p>　　取板上液層高度h1=0.07 HT-h1=0.45-0.07=0.38m</p><p>　　經(jīng)檢驗(yàn)精餾段塔徑符合要求，下面對(duì)提留段進(jìn)行檢驗(yàn)</p>

69、<p>　　()()0.5=0.2175 查得C20=0.078 C=0.096</p><p>　　uF=1.1055 取u=0.6μＦ=0.6633</p><p>　　D T=[××()0.5]=0.822m</p><p><b>　　所以，合理</b></p><

70、p>　　3.3.8溢流裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　采用單溢液流，弓形降液管，凹形受液盤及平行溢流流堰 </p><p><b>　　設(shè)有進(jìn)口堰</b></p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　1)溢流堰長(zhǎng)Lw</b></p>

71、<p>　　取Lw=0.65DT=0.65m</p><p><b>　　2)出口堰高h(yuǎn)w</b></p><p>　　Hw=hL-how 由=0.65 =4.732</p><p>　　查液流收縮系數(shù)計(jì)算圖得E=1.01,則</p><p>　　How=E()=5.25×10-

72、3m hw=0.064m</p><p>　　3）降液管寬度Wd與面積Af</p><p>　　由=0.65 查得=0.12 =0.06 所以Wd=0.12m</p><p>　　Af----降液管面積； </p><p>　　AT------塔板截面積； </p><p>　　Af=0.0

73、68×D2=0.0531m2 AT=0.7854m2</p><p>　　4)液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間及降液管底隙高度</p><p>　　τ===34.375s＞3s</p><p>　　ho==0.14m＞40mm</p><p><b>　　3.4塔板布置</b></

74、p><p><b>　　3.4.1精餾段</b></p><p>　　1)取安定區(qū)寬度Ws=0.08m</p><p>　　邊緣區(qū)寬度Wc=0.05m</p><p><b>　　2)開孔區(qū)面積</b></p><p>　　Aa=2[x(R2-x2)+R2sin-1()]<

75、/p><p>　　X=()-(Wd-Ws)</p><p><b>　　R=-Wc</b></p><p>　　X=0.3m R=0.45m Aa=0.4954m2</p><p>　　3)浮閥數(shù)n與開孔率ψ</p><p>　　Fo=uo（ρv）=12 所以u(píng)o1=10.9

76、7m／s</p><p><b>　　N==67塊</b></p><p>　　取N=67代入校驗(yàn)，uo==10.88m／s</p><p>　　塔板開孔率ψ=N()2×100％=10.2％(滿足5％-15％)</p><p><b>　　3.4.2提留段</b></p>&

77、lt;p><b>　　浮閥數(shù)和開孔率ψ</b></p><p>　　F0=u0(ρv)=12 u0=12.89m／s</p><p><b>　　n==59塊</b></p><p>　　取n=59校驗(yàn)，u0==12.71m／s</p><p>　　塔板開孔率ψ=N()2×

78、;100％=9％(滿足5％-15％)</p><p>　　3.5塔板流動(dòng)性能的校核</p><p><b>　　3.5.1精餾段</b></p><p>　　1）塔板壓降的計(jì)算△Pp</p><p><b>　　hf=hd+h1</b></p><p>　　臨界孔速uoc=)

79、 =11.36m／s＞u0=10.97m／s</p><p>　　閥全開，則hd=19.9=0.037m液柱</p><p>　　Hl=β（hw+how）=0.035m液柱</p><p>　　每層板壓降 △Pp=hfρLg=594.53Pa＜0.7KPa</p><p>　　2)降液管內(nèi)清液層高度Hd</p><p>

80、;　　Hd=hw+how+△+hf+hπ</p><p>　　Hf=hd+hL=0.072m；</p><p>　　hπ=0.2()2=1.22×10-5m</p><p>　　則Hd=0.142m</p><p><b>　　3)液沫夾帶的校核</b></p><p>　　泛點(diǎn)率F1＜

81、80％ 無泡沫正常系統(tǒng)K=1</p><p>　　單溢流塔板AT=Ab+2Af CF=0.128</p><p>　　F1==0.31＜0.8</p><p><b>　　嚴(yán)重漏液校驗(yàn)</b></p><p><b>　　u0′==5.50</b><

82、;/p><p>　　=1.995∈(1.5-2.0 符合要求</p><p><b>　　3.5.2提留段</b></p><p>　　1）塔板壓降的計(jì)算△P</p><p>　　hp=hc+hL+hσ</p><p>　　hc=0.05()2=5.34=0.041m液柱</p><

83、;p>　　臨界孔速 uoc==13.52＞u0=12.89m／s 閥全開</p><p>　　Hd=19.9=0.33m液柱</p><p>　　HL=ε(hw+how)=0.035m液柱</p><p>　　所以hp=0.076m液柱</p><p>　　△Pp=hpρLg=0.692KPa＜0.7KPa(符合要求)</p&

84、gt;<p>　　2)降液管內(nèi)清液層高度Hd</p><p>　　Hd=hw+how+△+hf+hπ</p><p>　　Hf=hd+hL=0.072m</p><p>　　hπ=0.2()2=1.22×10-5m</p><p>　　Hd=0.142m＜HT+hw=0.4858m(符合要求)</p>&

85、lt;p><b>　　3）液沫夾帶的校核</b></p><p>　　F1＜80％ K=1 CF=0.128</p><p>　　F1==0.78＜0.18(符合要求)</p><p>　　3.6塔板負(fù)荷性能圖.</p><p><b>　　3.6.1精餾段</b></p>

86、<p><b>　　1）氣相負(fù)荷下限線</b></p><p>　　F0=5 Vs==0.062m3／s</p><p><b>　　2)氣相負(fù)荷上限線</b></p><p>　　F1=0.8 F1==</p><p>　　Z1=D-2Wd==0.76m </p>

87、<p>　　Ab=AT-Af=0.6786m2</p><p>　　Vs=1.6089-23.9767Ls</p><p><b>　　3)液相負(fù)荷上限線</b></p><p>　　Ls==8.01×10-3m3／s</p><p><b>　　4）液相負(fù)荷下限線</b>&

88、lt;/p><p>　　How=0.00284E()=0.0008m</p><p><b>　　溶液液泛線</b></p><p>　　Hd=hw+how+hf+hπ hw=0.0648m</p><p>　　Hd=φ(HT+hw）=0.2574m</p><p>　　How=0.00284E

89、()=0.900Ls0.667 </p><p><b>　　hf=hd+h L</b></p><p>　　hd=5.34=0.05Vs2</p><p>　　hL=βhL=0.0324+0.450Ls0.667</p><p>　　hπ=0.153()2=120.59Ls2</p><p>　

90、　則Vs2=1.15-8.03Ls0.667-717.37Ls2</p><p>　　操作彈性比=14.67</p><p><b>　　3.6.2 提留段</b></p><p><b>　　1）氣相負(fù)荷下限線</b></p><p>　　F0=5 Vs==0.079m3／s</p>

91、;<p><b>　　2)氣相負(fù)荷上限線</b></p><p>　　F1=0.07 F1=</p><p>　　ZL=D-2Wd=0.88m</p><p>　　Ab=AT-2Af=0.6764m2</p><p><b>　　3)液相負(fù)荷上限線</b></p>

92、<p>　　Ls==8.1×10-3m3／s</p><p><b>　　4)液相負(fù)荷下限線</b></p><p>　　How=0.00284E()=0.008m</p><p><b>　　5)溶液液泛線</b></p><p>　　Hd=hw+how+hf+hπ <

93、/p><p>　　Hd=φ(HT+hw）=0.2429m</p><p>　　How=0.00284E()=4.22×10-3Ls</p><p><b>　　hf=hd+h L</b></p><p>　　hd=5.34=0.037Vs2</p><p>　　hL=βhL=0.0179+1

94、.511×10-4()</p><p>　　hπ=0.153()2=18.48Ls2</p><p>　　則Vs2=2.546-0.058()-246.73Ls2</p><p>　　操作彈性比=17.33</p><p>　　4.塔的結(jié)構(gòu)與輔助設(shè)備</p><p><b>　　4.1塔高的計(jì)算&l

95、t;/b></p><p>　　H=HD+(N-2-s)HT+SHT′+HF+HB </p><p>　　H: 塔高（不包括裙座），m； </p><p>　　HD: 塔頂空間，m 取1m； </p><p>　　HT: 塔板間距，m 為0.45m； </p><p>　　HT′: 開由人孔的塔板間距，m 取0.

96、6m； </p><p>　　HF: 進(jìn)料段高度，m 取0.5m； </p><p>　　HB: 塔底空間，m 取3.0m； </p><p>　　N: 實(shí)際塔板數(shù),109 塊； </p><p>　　S : 人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）。 </p><p>　　代入數(shù)據(jù)得H=52.95m</p&g

97、t;<p>　　4.2接管尺寸及計(jì)算</p><p><b>　　4.2.1 進(jìn)料管</b></p><p>　　進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T 型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。管徑計(jì)算如下： </p><p>　　D=()0.5 Vs=4.24m3／h</p><p>　

98、　進(jìn)料管直徑 df=()0.5=0.038m</p><p>　　取進(jìn)料管尺寸：φ45×3.5</p><p>　　4.2.2回流管 dr=()0.5=0.0237m</p><p>　　采用直管強(qiáng)制回流管，取回流管尺寸：φ32×3.5</p><p>　　4.2.3塔頂蒸汽管 dp=()0.5</p&

99、gt;<p>　　選取直管出氣，取尺寸 ：φ200×6</p><p>　　4.2.4塔釜出料管 dw=()0.5=0.046m</p><p>　　取尺寸 ：φ54×3.5</p><p>　　4.2.5加熱蒸汽管 dH=()0.5</p><p>　　取尺寸 ：φ200×6&l

100、t;/p><p>　　4.2.6離心泵的選擇 揚(yáng)程 ：H=0.45×9+3+3=10.4m</p><p>　　qe=Hqvρg=115.60W</p><p>　　4.2.7冷凝器的選擇TD=78.25℃ 冷凝水溫度t1=20℃ t2=50℃</p><p>　　采用逆流傳熱t(yī)1=58.25℃ t2

101、=28.25℃</p><p>　　△tm==41.56℃</p><p><b>　　A==27.60</b></p><p>　　4.2.8再沸器的選擇 120℃飽和水蒸氣 K=2026J／(m2.h. ℃)</p><p>　　△t1’ =20℃ △t2’=20.38℃</p&

102、gt;<p>　　△tm,==20.2℃</p><p>　　5.精餾塔主體設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1厚度計(jì)算</b></p><p><b>　　5.1.1筒體厚度</b></p><p>　　P=0.1MPa D=1m</p>&

103、lt;p>　　[σ]t=113MPa </p><p>　　雙面對(duì)焊，局部無損檢測(cè)： φ=0.85</p><p>　　δd==2.521mm</p><p>　　按剛度要求，筒體所需最小厚度δmin==2mm δmin≥3mm</p><p>　　所以，有效厚度為18mm</p><p><

104、;b>　　5.1.2封頭厚度</b></p><p><b>　　采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭</b></p><p>　　δd=+C2=2.52mm</p><p><b>　　5.2質(zhì)量載荷</b></p><p>　　塔體的質(zhì)量 m1=×(1.042-12

105、)×44×7850=22124.94kg</p><p>　　塔體和裙座質(zhì)量 m2=×(1.042-12) ×48×7850=24136.30kg</p><p>　　人孔法蘭 接管呢等質(zhì)量m3 =0.2m2=4827.26kg</p><p>　　內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量 ：m4=×1.0×1.0

106、×104×75=6126.11kg</p><p>　　保溫層質(zhì)量 ：m5= ×(1.242-1.02)×44×300=5570.62kg（注：保溫層厚度100mm）</p><p>　　扶梯平臺(tái)質(zhì)量:m6=×[(1.242+22)-1.242]×150×5×=3178.0972kg</p>

107、;<p>　　造作是塔內(nèi)物料質(zhì)量：m7==×1.0×0.0534×104×825.74=3580.33kg</p><p>　　充水質(zhì)量：mw=×1.02×44×1000=34540kg</p><p>　　塔體與裙座質(zhì)量：m0= m2+m3+m4+m5+m6+m7=47418.70kg</p>

108、<p>　　塔體的操作質(zhì)量：m0,= m1+m3+m4+m5+m6+m7=45407.34kg</p><p>　　最大操作質(zhì)量：mamax=m0+mw=81958.7kg最小操作質(zhì)量：mmin=m2+m3+0.2m4+m5+m6=38937.48kg</p><p><b>　　5.3風(fēng)載荷及彎矩</b></p><p>　　

109、5.3.1風(fēng)載荷 公式：P=K1K2iq0filidei</p><p>　　查得 q0=250 K1=0.7 塔高H=57m 塔徑Di=1.0m D0=1.04m</p><p>　　塔徑有效直徑Dei=Doi+2δsi+K3+K4+d0+2δps</p><p>　　第一段l1=10m f1=0.8 ξ=1.47

110、 V1=0.7 ψ21=0.06 K4=0.6</p><p>　　K21=1+=1.0635</p><p>　　Del=2.24m </p><p>　　P1=K1K21q0f1l1Del=3384.94N </p><p>　　第二段l2=10m f2=1.15 ξ=1.47 V2=0.79

111、 ψ22=0.16 K4=0.6</p><p>　　K22=1+=1.1616</p><p><b>　　De2=2.24m</b></p><p>　　P2= K2K22q0f2l2De2=5236.4m</p><p>　　第三段l3=10m f3=1.34 ξ=1.47 V3=0.82

112、ψ23=0.32 K4=0.6</p><p>　　K23=1+=1.2879</p><p><b>　　De3=2.24m</b></p><p>　　P3= K3K23q0f3l3De3=6765.08N</p><p>　　第四段l4=10m f4=1.49 ξ=1.47 V3=0.82 ψ2

113、3=0.57 K4=0.6</p><p>　　K24=1+=1.4780</p><p><b>　　De4=2.24m</b></p><p>　　P4= K4K24q0f4l4De4=8632.70N</p><p>　　第五段l5=10m f5=1.62 ξ=1.47 V5=0.65 ψ25=

114、0.86 K4=0.6</p><p>　　K25=1+=1.6750</p><p><b>　　De5=2.24m</b></p><p>　　P5= K5K25q0f5l5De5=10636.92N</p><p>　　第六段l6=10m f6=1.72 ξ=1.47 V6=0.88 ψ26=1

115、 K4=0.6</p><p>　　K26=1+=1.7521</p><p><b>　　De6=2.24m</b></p><p>　　P6= K6K26q0f6l6De6=11813.36N</p><p>　　5.3.2風(fēng)彎矩 Mw0-0=P1+P2(L1+)+……+P6(L1+L2+L3+L4+L5+)

116、</p><p>　　P1,=3376.83N</p><p>　　Mw0-0=1.15×106N.M</p><p>　　同理：Mw1-1=1.4623×106N.M</p><p>　　Mw2-2=1.3766×106N.M</p><p>　　5.4地震載荷的計(jì)算</p>

117、<p>　　5.4.1塔的自震周期</p><p>　　T1=1.79H()0.5=0.50s</p><p>　　5.4.2地震載荷計(jì)算</p><p>　　當(dāng)?shù)卣鹆叶葹?時(shí)，地震影響系數(shù)最大值αmax=0.23</p><p>　?、蝾惖厣蟃R=0.3s</p><p><b>　　α=0.

118、138</b></p><p>　　由=57s＞1s 故塔體任意點(diǎn)的x 地震載荷為</p><p>　　Sx=CαQ (C取0.5)</p><p><b>　　0-0載面地震彎矩</b></p><p>　　塔體地震彎矩Md0=3.28×105N.m</p><p&g

119、t;　　Md0-01.25Md0=4.1×105N.m</p><p>　　Md1=C1Q=3.2×105N.m</p><p><b>　　1-1載面地震彎矩</b></p><p>　　Md1-1=4×105N.m</p><p>　　Md2=C1Q=3.19×105N.m&l

120、t;/p><p><b>　　2-2載面地震彎矩</b></p><p>　　Md2-2=3.99×105N.m</p><p>　　5.5.塔體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核</p><p>　　5.5.1塔底危險(xiǎn)截面(2-2)的軸向應(yīng)力計(jì)算</p><p>　　σ1==1.39MPa</p&g

121、t;<p>　　σ2===10.62MPa</p><p>　　σ3==24.94MPa</p><p>　　查得[σ]t=113MPa</p><p>　　[σ]tcr==482.4MPa</p><p>　　σmax=σ2+σ3=35.96MPa</p><p>　　σmax={小于小于K[σcr]t

122、K[σ]t</p><p>　　K[σ]t=135.6MPa</p><p>　　5.5.2塔底（2-2）截面上的抗拉強(qiáng)度校核</p><p>　　最大拉應(yīng)力：σmax=σ1-σ2+σ3=15.71MPa</p><p>　　K[σ] tφ=115.26MPa﹥?chǔ)襪ax</p><p><b>　　∴滿足要求

123、</b></p><p>　　5.6裙座強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算</p><p>　　5.6.1底部（0-0）截面強(qiáng)度校核</p><p>　　操作時(shí)全部質(zhì)量收起的應(yīng)力</p><p>　　σ2==10.61MPa</p><p>　　風(fēng)載荷收起的截面彎曲應(yīng)力</p><p>　　σ3==1

124、06.43MPa</p><p>　　σmax=σ2+σ3=127.04MPa</p><p>　　[σcr]ts==442.8MPa</p><p>　　σmax={小于小于K[σcr]tK[σ]t</p><p><b>　　∴滿足要求</b></p><p>　　5.6.2.1-1截面強(qiáng)度校

125、核</p><p>　　操作時(shí)全塔質(zhì)量收起的應(yīng)力</p><p>　　σ2==10.61MPa</p><p>　　風(fēng)載荷收起的截面彎曲應(yīng)力</p><p>　　σ3==103.49MPa</p><p>　　[σcr]ts==442.8MPa</p><p>　　σmax=σ2+σ3=114.

126、1MPa</p><p>　　σmax={小于小于K[σcr]tK[σ]t</p><p><b>　　∴滿足要求</b></p><p>　　5.6.3.2-2截面強(qiáng)度的校核 </p><p>　　操作時(shí)全塔質(zhì)量收起的應(yīng)力</p><p>　　σ2==10.61MPa</p>&l

127、t;p>　　風(fēng)載荷收起的截面彎曲應(yīng)力</p><p>　　σ3==97.42MPa</p><p>　　[σcr]ts==442.8MPa</p><p>　　σmax=σ2+σ3=108.03MPa</p><p>　　σmax={小于小于K[σcr]tK[σ]t</p><p><b>　　∴滿足要

128、求</b></p><p>　　5.6.4裙座焊縫強(qiáng)度</p><p>　　此塔裙座與塔體采用對(duì)接焊，焊縫承受的組合拉應(yīng)力為</p><p>　　σ==85.82MPa</p><p>　　0.6K[σ]wt=95.04MPa</p><p>　　σ﹤0.6K[σ]wt</p><p&g

129、t;<b>　　∴強(qiáng)度足夠</b></p><p>　　5.7塔體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校驗(yàn)</p><p>　　5.7.1 壓力引起環(huán)向應(yīng)力σT=《0.9δsφ</p><p>　　PT=1.25P=0.179MPa</p><p>　　σT==21.18MPa</p><p>　　0.9σsφ=179.

130、775﹥?chǔ)襎</p><p><b>　　∴滿足要求</b></p><p>　　5.7.2 壓力引起軸向應(yīng)力 σ1==2.49MPa</p><p>　　5.7.3 重力引起的軸向應(yīng)力 σ22-2==17.00MPa</p><p>　　5.7.4彎矩引起的軸向應(yīng)力 σ32-2==±29.23MPa<